(57)【要約】  圧延スタンドを複数備えるマンドレルミルであって、前記圧延スタンドが３個の孔型ロールを備え、前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、前記孔型ロールの溝底の直径をＤＲ、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤＣ／２とし、ロール径比をＤＲ／ＤＣで定義した場合に、前記ロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値が３．７以下であり、望ましくはその設定値が３．４以下であるマンドレルミル、およびこのマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含む継目無管の製造方法である。圧延スタンドのいずれかにおいてロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値を制御することにより、管材の延伸圧延時におけるオーバーフィルの発生を抑制することが可能になる。
2011039941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延スタンドを複数備えるマンドレルミルであって、
前記圧延スタンドが３個の孔型ロールを備え、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤＲ、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤＣ／２とし、ロール径比をＤＲ／ＤＣで定義した場合に、
前記ロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値が３．７以下であることを特徴とするマンドレルミル。
【請求項２】
前記ロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値が３．４以下であることを特徴とする請求項１に記載のマンドレルミル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含むことを特徴とする継目無管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管材の延伸圧延時のオーバーフィルの発生を抑制可能なマンドレルミルに関する。また、本発明は、このマンドレルミルを用いた継目無管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、継目無管の製造設備であるマンドレルミルとして、対向する２個の孔型ロールが各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で孔型ロールの圧下方向を９０°ずらして交互に配置した２ロール式のマンドレルミルが用いられている。【０００３】
圧下方向の成す角が１２０°となるように３個の孔型ロールが各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で孔型ロールの圧下方向を６０°ずらして交互に配置した３ロール式のマンドレルミルも用いられている。【０００４】
圧下方向の成す角が９０°となるように４個の孔型ロールが各圧延スタンドに配設され、隣接する圧延スタンド間で孔型ロールの圧下方向を４５°ずらして交互に配置した４ロール式のマンドレルミルも用いられている。【０００５】
マンドレルミルによる継目無管の製造における問題点として、管材の圧延条件が適切でないことによる、オーバーフィルまたはアンダーフィルの発生が挙げられる。【０００６】
オーバーフィルとは、管材が延伸圧延される際に、管材の外周長が長くなり過ぎ、管材が孔型ロールのエッジ部から噛み出す現象である。オーバーフィルが著しいと、管材が噛み出して耳かぶれが発生し、さらにその現象が著しいと管材に翼状のひれが発生し、マンドレルミルの操業が停止する。【０００７】
アンダーフィルとは、管材が圧延される際に、管材の外周長が短くなり過ぎ、管材の内面がマンドレルバーに張り付く現象である。アンダーフィルが著しいと、管材のマンドレルバーへの張り付きにより、ストリッピングが困難となる。また、管材が孔型ロールを形成する孔型に充満しない状態で延伸圧延が進行するため、圧延後の管材において所望の断面形状が得られない。【０００８】
さらに、アンダーフィルが著しくなると、孔型ロールの溝底で圧下した管材の流れがエッジ側に十分に伝わらず、さらに、管材の、孔型ロールのエッジ部に対向する部位に張力が加わることにより、開口欠陥が発生するおそれがある。【０００９】
従来技術には、延伸圧延における開口欠陥の発生を抑制する方法として、下記のものがある。【００１０】
特許文献１には、孔型圧延ロールの溝底の曲率半径Ｒ１とロール径ＤＦとの比をＲ１／ＤＦとし、その値を０．２７５以上とする方法が開示されている。【００１１】
特許文献２には、２ロール式または３ロール式のマンドレルミルにおいて、各スタンドの孔型圧延ロールについて溝底の最小ロール径をＤＲ、各ロールの溝底間距離をＤＣとした場合に、第１圧延スタンドと第２圧延スタンドについてＤＲ／ＤＣの値を所定の値以上に設定する方法が開示されている。【００１２】
しかし、これらの文献に開示される方法では、管材の形状不良や操業停止の原因となる、オーバーフィルの発生を抑制することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３５８１０号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、管材の形状不良や操業停止の発生を抑制するため、管材の延伸圧延時におけるオーバーフィルの発生を抑制可能なマンドレルミル、特に３ロール式のマンドレルミルを提供することである。本発明の他の目的は、本発明のマンドレルミルを用いた継目無管の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
後述する図１は、マンドレルミルに用いられる圧延スタンドの構成を、圧延方向から観察した図であり、図１（ａ）は２ロール圧延スタンドの構成、図１（ｂ）は３ロール圧延スタンドの構成を示している。【００１６】
同図１において、孔型ロール２１および２２、ならびに３１〜３３の溝底における直径（以下、「溝底ロール径」ともいう）をＤＲとする。孔型２４または３４の中心Ｏから孔型ロール２１および２２または３１〜３３の溝底Ｂまでの距離をＤＣ／２とする。以下、ＤＣを孔型最小径ともいう。３ロール圧延スタンドの場合、孔型最小径ＤＣは、孔型ロール３１〜３３の溝底を通過する円の直径に等しくなる。【００１７】
本発明は、３個の孔型ロールを配設した圧延スタンド（以下、配設した孔型ロール数に応じて「３ロール圧延スタンド」ともいう）を用いたマンドレルミルを対象としており、その要旨は次の通りである。【００１８】
（１）圧延スタンドを複数備えるマンドレルミルであって、
前記圧延スタンドが３個の孔型ロールを備え、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤＲ、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤＣ／２とし、ロール径比をＤＲ／ＤＣで定義した場合に、
前記複数の圧延スタンドのいずれかにおいて、前記ロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値が３．７以下であることを特徴とするマンドレルミル。【００１９】
（２）前記ロール径比ＤＲ／ＤＣの設定値が３．４以下であることを特徴とする前記（１）に記載のマンドレルミル。【００２０】
（３）前記（１）または（２）に記載のマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含むことを特徴とする継目無管の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のマンドレルミルを用いることにより、３ロール圧延スタンドを用いる場合であっても、管材の延伸圧延時におけるオーバーフィルの発生を抑制することが可能である。したがって、本発明のマンドレルミルおよび本発明の継目無管の製造方法によれば、良好な形状の継目無管を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、マンドレルミルを構成する圧延スタンドの構成を圧延方向から観察した図であり、図１（ａ）は２ロール圧延スタンドの構成、図１（ｂ）は３ロール圧延スタンドの構成である。
【図２】図２は、計算機シミュレーションによって算出された、延伸圧延後の管材を圧延方向から観察した断面図であり、図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ２ロール圧延スタンドにおいて、ロール径比ＤＲ／ＤＣが１．６、３．３および４．８の場合、図２（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）はそれぞれ３ロール圧延スタンドにおいて、ロール径比ＤＲ／ＤＣが１．７、３．４および４．９の場合である。
【図３】図３は、計算機シミュレーションによって算出された、ロール径比ＤＲ／ＤＣと延伸圧延後の管材のフランジ半径ｒとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、マンドレルミルを構成する圧延スタンドの構成を圧延方向から観察した図である。図１（ａ）は２ロール圧延スタンドの構成、図１（ｂ）は３ロール圧延スタンドの構成を示している。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、２ロール圧延スタンドは、２個の孔型ロール２１および２２が、互いの溝底Ｂが対向するように配置されており、圧延面によって孔型２４を構成する。図１（ｂ）に示すように、３ロール圧延スタンドは、３個の孔型ロール３１、３２および３３が、互いの溝底Ｂが対向するように配置されており、圧延面によって孔型３４を構成する。
【００２５】
図１（ａ）および（ｂ）は、マンドレルバー２５および３５を挿入された管材４０が、孔型２４および３４に配置され、孔型ロール２１および２２ならびに３１〜３３と、マンドレルバー２５および３５とによって圧下されている状態を示す。
【００２６】
通常、マンドレルミルは、図１（ａ）に示す２ロール圧延スタンド、または図１（ｂ）に示す３ロール圧延スタンドが複数直列に配置される。
【００２７】
前述の通り、図１において、孔型ロール２１および２２ならびに３１〜３３の溝底ロール径をＤＲで示す。孔型２４または３４の中心Ｏから孔型ロール２１および２２または３１〜３３の溝底Ｂまでの距離をＤＣ／２で示す。
【００２８】
以下では、ＤＣを孔型最小径ともいう。この孔型最小径ＤＣは、２ロール圧延スタンドの場合には、孔型ロール２１および２２の溝底間距離に等しい。３ロール圧延スタンドの場合には、孔型ロール３１〜３３の溝底を通過する円の直径に等しい。
【００２９】
図１に示す管材４０において、３ロール圧延スタンドの場合に、孔型３４の中心Ｏから、孔型ロール３１〜３３の隣接するエッジ部方向の管外面までの長さをフランジ半径ｒとする。同様に、２ロール圧延スタンドの場合に、孔型２４の中心Ｏから、孔型ロール２１および２２の隣接するエッジ部方向の管外面までの長さをフランジ半径ｒで示す。
【００３０】
マンドレルミルにおいて、上述のオーバーフィルが発生した場合、孔型ロールのエッジ部で管材が噛み出して、管材の外面に、圧延前の管材の曲面と逆方向に曲がった曲面（以下、「逆Ｒ部」という）が形成される。この逆Ｒ部が孔型ロールにまとわりつくように管材が圧延されると、孔型ロールの圧延面の焼き付き痕が管材の外面に転写されて疵が生じる。さらに、オーバーフィルにともなって、管材が孔型ロールのエッジ部から噛み出されることによっても、管材の外面に疵が生じる。
【００３１】
本発明者は、オーバーフィルの許容限界について、計算機シミュレーションによって検討した。具体的には、溝底ロール径ＤＲおよび孔型最小径ＤＣを用いて、ロール径比をＤＲ／ＤＣと定義し、計算機シミュレーションによって算出した、ロール径比ＤＲ／ＤＣと、圧延後の管材の断面形状および管材のフランジ半径ｒとの関係に基づいて検討した。
【００３２】
表１に、計算機シミュレーションに用いたマンドレルミルのスタンドおよびマンドレルバー、ならびに加工前の管材についての設定値を示す。各シミュレーションにおいて、ロール径比ＤＲ／ＤＣは、第１スタンド、第２スタンド共に同一の値とした。第１スタンドおよび第２スタンドとは、それぞれマンドレルミルの管材導入側から数えて１番目および２番目に配置された圧延スタンドを意味する。
【００３３】
【表１】
2011039941.tif 000003
【００３４】
図２は、計算機シミュレーションによって算出された、延伸圧延後の管材を圧延方向から観察した断面図である。図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ２ロール圧延スタンドにおいて、ロール径比ＤＲ／ＤＣが１．６、３．３および４．８の場合である。図２（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）はそれぞれ３ロール圧延スタンドにおいて、ロール径比ＤＲ／ＤＣが１．７、３．４および４．９の場合である。
【００３５】
２ロール圧延スタンドを用いたマンドレルミルでは、図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、いずれの管材の外面にも逆Ｒ部が形成されていない。このことから、２ロール圧延スタンドを用いた場合には、ロール径比ＤＲ／ＤＣが４．８以下の場合には許容限界を超えるオーバーフィルは発生していないと判断した。
【００３６】
３ロール圧延スタンドを用いたマンドレルミルでは、ロール径比ＤＲ／ＤＣが１．７の場合（図２（ｄ））には、管材の外面に逆Ｒ部が形成されていないことから、オーバーフィルは発生しない。さらに、ロール径比ＤＲ／ＤＣが３．４の場合（図２（ｅ））には、管材の外面に微少な逆Ｒ部が形成されているものの、これに起因するオーバーフィルは若干の発生に留まることから許容限界以内であると判断した。
【００３７】
しかし、ロール径比ＤＲ／ＤＣが４．９の場合（図２（ｅ））には、管材の外面に顕著な逆Ｒ部が形成されていることから、これに起因して発生したオーバーフィルは大きなものとなり、許容限界を超えたと判断した。
【００３８】
図３は、計算機シミュレーションによって算出された、ロール径比ＤＲ／ＤＣと延伸圧延後の管材のフランジ半径ｒとの関係を示す図である。図３に示す両者の関係式から、マンドレルミルが２ロール式および３ロール式のいずれの場合も、管材のフランジ半径ｒの増加量がロール径比ＤＲ／ＤＣに比例することがわかる。
【００３９】
具体的には、ロール径比ＤＲ／ＤＣと管材のフランジ半径ｒとの関係は、２ロール式のマンドレルミルの場合には、下記（１）式で表される。
ｒ＝１．０９ＤＲ／Ｄｃ＋７２．７      ・・・        （１）
同じく、３ロール式のマンドレルミルの場合には、下記（２）式で表される。
ｒ＝５．６０ＤＲ／Ｄｃ＋５８．３      ・・・        （２）
【００４０】
前記図２（ｅ）に示した３ロール圧延スタンドを用いて圧延した条件は、オーバーフィル発生の許容限界内であると判断したが、このときの管材のフランジ半径ｒは７８．２ｍｍであった。この結果から、３ロール式のマンドレルミルの場合に、問題となるオーバーフィルが発生しない程度の逆Ｒ部形成の限界、すなわち、許容限界としての管材フランジ半径ｒは７９ｍｍである。
【００４１】
前記図３に示す計算機シミュレーションの結果から、３ロール式のマンドレルミルの場合に、許容限界の管材フランジ半径ｒを７９ｍｍとすると、ロール径比ＤＲ／Ｄｃは３．７となる。このことから、オーバーフィルの発生を許容限界以下とするには、ロール径比を３．７以下とすればよいことが分かる。
【００４２】
さらに３ロール式のマンドレルミルの場合に、許容限界としての管材のフランジ半径ｒは７８ｍｍとするのが望ましく、このときロール径比を３．４以下とすれば、望ましいオーバーフィル発生の許容限界を満足することができる。
【００４３】
前記図３からわかるように、２ロール式のマンドレルミルの場合には、管材のフランジ半径ｒを７９ｍｍ以下、すなわちオーバーフィルの発生を許容限界以下とするには、ロール径比ＤＲ／ＤＣを５．８以下とすればよい。同様に、管材のフランジ半径ｒを好ましい値である７８ｍｍ以下とするには、ロール径比ＤＲ／ＤＣを４．９以下とすればよい。
【００４４】
以上、説明したように、圧延スタンドのロール径比ＤＲ／ＤＣが所定の値を超える場合には、マンドレルミルで圧延した後の管材において許容限界を超えるオーバーフィルが発生する。そのため、本発明では、圧延スタンドのロール径比ＤＲ／ＤＣを、許容限界のオーバーフィルが発生する値以下に設定し、オーバーフィルの発生を抑制することとした。
【００４５】
本発明の継目無管の製造方法は、上述の本発明のマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含む方法である。本発明のマンドレルミルを用いて、継目無管の管材を延伸圧延することにより、オーバーフィルの少ない良好な形状の継目無管を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、マンネスマン法を適用した継目無管の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
２１、２２：孔型ロール、２４：孔型、２５：マンドレルバー、
３１、３２、３３：孔型ロール、３４：孔型、３５：マンドレルバー、
４０：管材
【図１】
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【図２】
2011039941.tif 000005
【図３】
2011039941.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月27日(2011.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延スタンドを複数備え、オーバーフィルの発生を抑制するマンドレルミルであって、
前記圧延スタンドが３個の孔型ロールを備え、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤR、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤC／２とし、ロール径比をＤR／ＤCで定義した場合に、
前記ロール径比ＤR／ＤCの設定値が３．７以下であることを特徴とするマンドレルミル。
【請求項２】
前記ロール径比ＤR／ＤCの設定値が３．４以下であることを特徴とする請求項１に記載のマンドレルミル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含むことを特徴とする継目無管の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（１）圧延スタンドを複数備え、オーバーフィルの発生を抑制するマンドレルミルであって、
前記圧延スタンドが３個の孔型ロールを備え、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤR、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤC／２とし、ロール径比をＤR／ＤCで定義した場合に、
前記ロール径比ＤR／ＤCの設定値が３．７以下であることを特徴とするマンドレルミル。
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月7日(2011.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個の孔型ロールを備えた圧延スタンドを複数備えたマンドレルミルを用いて管材を延伸圧延する際に、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤR、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤC／２とし、ロール径比をＤR／ＤCで定義した場合に、
前記ロール径比ＤR／ＤCを３．７以下に設定することにより、オーバーフィルの発生を抑制することを特徴とする継目無管の製造方法。
【請求項２】
前記ロール径比ＤR／ＤCを３．４以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の継目無管の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、３個の孔型ロールを配設した圧延スタンド（以下、配設した孔型ロール数に応じて「３ロール圧延スタンド」ともいう）を用いたマンドレルミルによって管材を延伸圧延する工程を含む継目無管の製造方法を対象としており、その要旨は次の通りである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（１）３個の孔型ロールを備えた圧延スタンドを複数備えたマンドレルミルを用いて管材を延伸圧延する際に、
前記３個の孔型ロールが圧延面によって孔型を構成し、
前記孔型ロールの溝底の直径をＤR、前記孔型の中心から前記孔型ロールの溝底までの距離をＤC／２とし、ロール径比をＤR／ＤCで定義した場合に、
前記ロール径比ＤR／ＤCを３．７以下に設定することにより、オーバーフィルの発生を抑制することを特徴とする継目無管の製造方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（２）前記ロール径比ＤR／ＤCを３．４以下に設定することを特徴とする前記（１）に記載の継目無管の製造方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の継目無管の製造方法によれば、３ロール圧延スタンドを用いる場合であっても、管材の延伸圧延時におけるオーバーフィルの発生を抑制することが可能であり、良好な形状の継目無管を効率よく製造することができる。
【国際調査報告】
2011039941.tif 000007
2011039941.tif 000008